WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Изучение вопросов представления информации в школьном курсе информатики

На правах рукописи

Захаров Александр Сергеевич

ИЗУЧЕНИЕ ВОПРОСОВ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

в школьном курсе информатики

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(информатика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Институте содержания и методов обучения

Российской академии образования

Научный руководитель: действительный член РАО,

доктор педагогических наук, профессор Александр Андреевич Кузнецов

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

Вадим Валерьевич Гриншкун

кандидат педагогических наук, доцент

Валерий Васильевич Бизюк

Ведущая организация: Вятский государственный

гуманитарный университет

Защита диссертации состоится 27 ноября 2008 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 008.008.06 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) педагогических наук в Институте содержания и методов обучения РАО (119435, г. Москва, ул. Погодинская, д. 8).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института содержания и методов обучения РАО.

Автореферат размещен на сайте http:// www.ismo.ioso.ru

Автореферат разослан 20 октября 2008 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.п.н.  Е. А. Седова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования. В условиях развития информационного общества, постоянного роста использования информационных технологий, существенного изменения характера и видов профессиональной деятельности на основе применения средств ИКТ все большее значение приобретает способность человека грамотно представлять информацию. Эта готовность по своей сути определяется уровнем сформированности умений строить информационные модели, т.е. описывать существенные для анализа свойства изучаемого объекта (явления, процесса) средствами некоторого языка. Потребность в подготовке человека к грамотному применению средств и методов представления информации, формированию умений пользоваться различными формами представления информации сегодня превращается в достаточно серьезную и устойчивую тенденцию.

В связи с этим с уверенностью можно говорить, что изучение вопросов представления информации становится неотъемлемой частью общеобразовательной подготовки человека к жизни, профессиональной деятельности в условиях новой информационной среды. Сформированные умения представлять информацию важны в любой области знания, в практической деятельности, сегодня они рассматриваются как универсальные способы деятельности. В целом, роль изучения вопросов представления информации в развитии мотивационных, операциональных (инструментальных) и когнитивных ресурсов личности постоянно возрастает, что, несомненно, обуславливает необходимость использования этого потенциала в школьном образовании.

В настоящее время методическая система обучения информатике, в рамках которой непосредственно осуществляется формирование умений представлять информацию (строить информационные модели), претерпевает существенные изменения. В условиях пересмотра приоритетов в целях и ценностях общего образования, ориентированного на новые вызовы XXI века и удовлетворение актуальных и перспективных потребностей личности, общества, государства, необходимо усиление фундаментальности, системности, обеспечение функциональной полноты содержания школьного образования по информатике. Сегодня во все большей степени становится ясно, что наиболее важно и перспективно при подготовке к эффективной информационной деятельности в любой области – это не только формирование умений оперировать с конкретными средствами информационных технологий, как считалось до недавних пор, когда речь шла о необходимости обеспечения компьютерной грамотности, а освоение фундаментальных основ информатики. В условиях стремительной смены поколений средств информационных технологий сформированные умения их использования достаточно быстро теряют свою актуальность. Бесполезно гнаться за нововведениями компьютерного рынка. В этих условиях возрастает роль фундаментального образования, создающего научные основы, базу для освоения новых информационных технологий.

В работах В.С.Леднева, А.А.Кузнецова, С.А.Бешенкова, Е.А.Ракитиной, И.И.Раскиной, Т.Н.Суворовой и других ученых в качестве основы идеологии построения полноценного общеобразовательного курса информатики, реализующей требования фундаментальности, системности, полноты школьного образования по информатике, предлагается подход «от информационных процессов к информационным технологиям». Его суть выражается в раскрытии условий перехода от естественных информационных процессов к искусственным, созданным человеком информационным технологиям. Это требует определенного выстраивания содержательных линий, обуславливающих структуру и логику содержания обучения информатике, чтобы они работали на реализацию этой идеи. Уже сегодня сделаны первые шаги отражения этого взгляда в некоторых школьных учебниках по информатике (например, в учебниках А.А.Кузнецова, С.А.Бешенкова, Е.А.Ракитиной и др.), в Стандарте по этому предмету, принятом в 2004 году, в Примерных программах, рекомендованных Министерством образования и науки РФ и др.



Роль линии «Представление информации» усиливается в связи с тем, что с точки зрения реализации идеи «от информационных процессов к информационным технологиям» важно понимать, что эффективность организации информационных процессов во многом определяется качеством представления информации. Этап представления информации рассматривается как один из важнейших в информационной технологии и качество его выполнения определяет эффективность всей информационной технологии в целом.

Однако, как показывает анализ научно-методической литературы, необходимость отражения «сквозной» линии «Представление информации» в содержании обучения информатике только декларируется, подходы осуществления этой идеи фактически не конкретизированы и не получают достаточного отражения в практике обучения. Как правило, авторы учебников и методических пособий сосредотачивают внимание учителей на тренинге типовых умений работы с готовыми формами представления информации (например, представление информации в электронных таблицах, в базах данных, на языках программирования, при работе с Интернет и др.), при этом многие аспекты формирования умений самостоятельно выбирать форму представления информации, оценивать адекватность ее поставленной задаче, оптимально представлять информацию в выбранной форме и пр. раскрыты недостаточно. Кроме того, во многих действующих школьных учебниках информатики вопросы представления информации излагаются в основном в привязке к возможностям компьютеров, т.е. приоритет подготовки пользователя компьютера в рамках школьного курса информатики во многом еще сохраняется. И хотя почти все авторы заявляют о достаточно полной и многосторонней реализации в их учебниках содержательной линии «Представление информации», на наш взгляд, ни в одном из них она не проявляется как «сквозная», системообразующая линия при построении содержания курса информатики.

Важными, на наш взгляд, являются исследования, проведенные А.А.Кузнецовым, И.И.Раскиной, Т.Н.Суворовой, в которых предложен подход к построению методики изучения научных основ информационных технологий, основанный на идее выделения фундаментальных, инвариантных, наиболее общих принципов функционирования ИКТ. Ими указывается, что освоение средств и методов представления информации является важнейшим этапом при изучении ИКТ, однако более подробное раскрытие этого аспекта не входило в задачи этих исследований.

В целом анализ научно-методических работ показал, что сегодня уже не подвергается сомнению, что вопросы представления информации должны занимать особое место в содержании курса информатики. Подчеркивается необходимость пересмотра содержания общеобразовательного курса информатики на основе «сквозной» содержательной линии «Представление информации». Однако, как показал анализ литературы, пока нет четко обоснованных подходов построения методики изучения вопросов представления информации. Нужны дополнительные исследования в этом направлении. Это обстоятельство определяет проблему, поставленную в данном исследовании.

Цель исследования – разработать и обосновать подходы более эффективного изучения вопросов представления информации учащимися 8-9 классов в школьном курсе информатики.

Объект исследования – методическая система обучения информатике в общеобразовательной школе.

Предмет исследования – совершенствование методики изучения вопросов представления информации на основе выстраивания «сквозной» линии «Представление информации» в содержании курса информатики и выбора эффективной организации учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации.

Гипотеза исследования. Эффективность изучения вопросов представления информации в школьном курсе информатики может быть обеспечена, если:

  1. содержание курса информатики будет разработано с опорой на принципы фундаментальности, системности, полноты, на основе идеи раскрытия условий перехода от естественных информационных процессов к искусственным, созданным человеком информационным технологиям;
  2. вопросы представления информации будут отражены в содержании обучения информатике по принципу «двойного вхождения» – как в качестве отдельного самостоятельного раздела, так и в качестве «сквозной» линии «Представление информации» по отношению ко всему содержанию курса информатики;
  3. при отражении «сквозной» линии «Представление информации» в содержании обучения информатике опираться на следующие принципы:
  • единство в представлении информации;
  • единство в методах и средствах преобразования информации;
  • построение информационных технологий на основе алгоритмов, обеспечивающих возможность автоматизации обработки информации.
  1. одной из основных форм организации учебной деятельности школьников будет решение системы специальным образом подобранных задач по освоению вопросов представления информации.

Основные задачи исследования:

    1. Выявить сущность образовательных результатов изучения вопросов представления информации (личностных, метапредметных, предметных).
    2. Предложить пути и средства реализации «сквозной» линии «Представление информации» в содержании курса информатики, построенного на идее «от информационных процессов к информационным технологиям».
    3. Разработать подходы к организации учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации, предложить систему задач.
    4. Экспериментально проверить эффективность разработанной методики изучения вопросов представления информации.

В процессе работы над диссертацией для решения поставленных задач использовались различные методы исследования: изучение и анализ научной, психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблематике исследования; анализ государственного стандарта образовательной области «Информатика», учебных программ, учебников и методических пособий по информатике; изучение и обобщение опыта обучения информатике; педагогический эксперимент, его анализ.

Методологической основой исследования являются современные психолого-педагогические и дидактические концепции: теория познания и деятельности (Л.С.Выготский, В.В.Давыдов, А.А.Леонтьев, А.М.Новиков, А.В.Петровский, К.К.Платонов, С.Л.Рубинштейн, Н.Ф.Талызина и др.); теория структуры и содержания образования (В.В.Краевский, А.А.Кузнецов, В.С.Леднев, И.Я.Лернер, М.В.Рыжаков, М.Н.Скаткин и др.); системный подход как направление методологии научного познания (А.Н.Аверьянов, П.К.Анохин, В.Г.Афанасьев, И.В.Блауберг, В.Н.Садовский, У.Р.Эшби, Э.Г.Юдин и др.); концепция модернизации российского образования на период до 2010 года; концепция государственного стандарта общего образования; исследования, посвященные проблемам информатизации образования (А.П.Ершов, С.Г.Григорьев, В.В.Гриншкун, В.Г.Кинелев, А.Ю.Кравцова, М.П.Лапчик, В.В.Лукин, И.В.Роберт, А.Ю.Уваров и др.); концепция содержания образовательной области «Информатика» (А.А.Кузнецов, С.А.Бешенков, К.К.Колин, Е.А.Ракитина, И.И.Раскина, Н.И.Рыжова, И.Г.Семакин, З.В.Семенова, Е.К.Хеннер и др.).

Научная новизна и теоретическая значимость результатов выполненного исследования состоит в том, что

  • обоснована значимость изучения вопросов представления информации в достижении новых образовательных результатов (личностных, метапредметных, предметных);
  • разработан новый подход отражения «сквозной» линии «Представление информации» в содержании современного школьного курса информатики, построенного на основе идеи «от информационных процессов к информационным технологиям»;
  • предложена эффективная организация учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации в курсе информатики.

Практическая значимость результатов заключается в том, что разработаны учебные материалы по изучению вопросов представления информации в курсе информатики для использования их в учебном процессе в 8-9 классах и подготовлены методические рекомендации. Они могут послужить основой разработки учебных и методических пособий для общеобразовательной подготовки по информатике.

На защиту выносятся следующие основные положения:

  1. Роль изучения вопросов представления информации в школьном курсе информатики усиливается в условиях перехода к новой идеологии построения полноценного общеобразовательного курса информатики, обеспечения фундаментальности, системности, функциональной полноты содержания школьного образования по информатике. Изучение вопросов представления информации обеспечивает достижение важнейших новых образовательных результатов (личностных, метапредметных, предметных), соответствующих актуальным и перспективным образовательным потребностям личности, общества, государства.
  2. Рассматривая вопросы представления информации как важную часть содержания современного школьного курса информатики, согласно сформулированному В.С.Ледневым принципу «двойного вхождения» базисных компонентов в систему образования, вопросы представления информации должны включаться в содержание обучения информатике двояко – как в качестве отдельного самостоятельного раздела, так и в качестве «сквозной» линии по отношению ко всему содержанию курса информатики.
  3. Наиболее целесообразным подходом отражения «сквозной» содержательной линии «Представление информации» в современном курсе информатики, построенном на основе идеи раскрытия условий перехода от информационных процессов к искусственным, созданным человеком информационным технологиям, является подход, основанный на трех принципах:
  • единство в представлении информации, рассматриваемое с точки зрения возможности представления любой информации в некоторой универсальной форме;
  • единство в методах и средствах преобразования информации, заключающееся в том, что представление любой сложной двоичной функции может быть сведено к использованию ограниченного набора элементарных операций;
  • построение информационных технологий на основе алгоритмов, обеспечивающих возможность автоматизации обработки информации.
  1. Оптимальной формой организации учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации является решение системы специальным образом подобранных задач.

Апробация и внедрение результатов исследования. За период с 2002 по 2008 год основные результаты исследования внедрялись в практику в форме педагогической экспериментальной работы по разработанной методике обучения в ГОУ Гимназия №1518 г. Москвы, в МОУ городского округа Балашиха «Лицей» в Московской области, в МОУ Школа №4 г. Жуковский Московской области. Теоретические и практические положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы подготовки специалистов для сферы сервиса» (Омск, 2003 г.), на всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации образования: региональный аспект» (Чебоксары, 2004 г.), на ежегодных всероссийских научно-практических конференциях «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании» (Калининград, 2004 г.; Москва, ИИО РАО, 2005 г. и 2006 г.), на ежегодных научно-практических конференциях молодых ученых: «Инновации в образовании», «Совместная работа аспиранта и учителя по формированию мотивации учения у школьников», «Контроль знаний и умений как основа повышения качества образования», «Актуальные проблемы предпрофильного и профильного обучения школьников» (Москва, ИСМО РАО, 2004 - 2008 гг.). С 2004 г. по 2008г. ход исследования и его результаты обсуждались и были одобрены на заседаниях лаборатории обучения информатике Института содержания и методов обучения Российской академии образования (Москва, ИСМО РАО, 2004-2008 гг.).





Основные положения и результаты исследования отражены в 14 публикациях автора, в том числе, в журналах, реферируемых ВАК, – 3.

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, определяется проблема, сформулирована цель исследования, выделены объект, предмет исследования, определены гипотеза, задачи и методы исследования, показаны его научная новизна, теоретическая и практическая значимость, описаны основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации дан анализ тенденции развития школьного курса информатики, выявлена сущность образовательных результатов изучения вопросов представления информации, проанализировано состояние отражения вопросов представления информации в содержании обучения информатике.

Происходящие на современном этапе развития цивилизации глобальные перемены обусловили пересмотр традиционных целей образования. Ранее их относили в основном к когнитивной сфере, т.е. к формированию совокупности конкретных предметных знаний, умений. Однако сейчас предъявляются принципиально новые требования к образованию, связанные с пониманием развития личности как цели и смысла образования. Ориентация на эти требования является сегодня главным направлением развития системы образования во многих странах мира, в том числе и в России. В настоящее время задача развития отечественного образования возведена в разряд национальных приоритетов, учитывая постоянный рост значимости образования на современном этапе развития страны.

Анализ современных целей общего образования, условий достижения новых образовательных результатов показывает, что одними из наиболее важных характеристик развития системы общего образования является усиление фундаментальности, системности, полноты содержания общего образования. При этом следует заметить, что важнейшим и признанным в мире достоинством отечественного школьного образования всегда являлась фундаментальность, системность и полнота. Любая специальная подготовка строилась на базе широкой общей, а овладению практическими навыками и умениями предшествовало глубокое изучение теоретических основ. Однако, сейчас требование фундаментальности, системности, полноты содержания общего образования особенно актуализировано, поскольку сфера человеческой деятельности в технологическом плане в настоящее время очень быстро меняется, на смену существующим технологиям достаточно быстро приходят новые, которые специалисту вновь приходится осваивать, и в этих условиях, несомненно, велика роль фундаментального образования, обеспечивающего профессиональную мобильность человека, готовность его к освоению новых технологий, в том числе и с использованием современных информационных средств. В соответствии с этим сегодня в ряде научно-методических работ обоснована целесообразность подхода построения содержания общеобразовательного курса информатики на основе идеи раскрытия условий перехода от естественных информационных процессов к искусственным, созданным человеком информационным технологиям («от ИП к ИТ»), суть которой рассмотрена в работах А.А.Кузнецова, С.А.Бешенкова, Е.А.Ракитиной, И.И.Раскиной и др. При реализации этой идеи особое место отводится изучению вопросов представления информации, поскольку от качества представления информации зависит во многом эффективность организации информационных процессов и в целом всей информационной технологии.

Изучение вопросов представления информации в школьном курсе информатики рассматривается как получение важнейших предметных результатов, а именно значимых при освоении области действительности, связанной с информационными процессами (представление об информации как модели окружающего мира, выраженной средствами некоторого языка, понимание роли информационной модели в жизни, знание различных форм представления информации, понимание преимуществ двоичного способа представления информации, возможности перехода от естественных информационных процессов к информационным технологиям, реализуемых в компьютере, умения представлять информацию в различных формах, выбирать при этом оптимальную форму, что во многом обуславливает эффективность реализации информационного процесса, и др.).

При этом многие полученные предметные результаты на самом деле выходят за рамки предмета и переходят в ранг метапредметных, сформированные при изучении вопросов представления информации умения определяются как надпредметные (общеучебные), они широко используются при освоении знаний и способов деятельности различных предметных областей, при решении многих задач из разных областей знания, т.е. изучение вопросов представления информации рассматривается как освоение универсальных способов деятельности.

Кроме того, полученные результаты при изучении вопросов представления информации существенно важны для формирования ценностных отношений и их следует рассматривать как значимые компоненты личностных образовательных результатов, которые реально воплощаются в мировоззрение, обеспечивают социализацию школьников. Несомненно, изучение вопросов представления информации способствует расширению сферы научных представлений учащихся об окружающей действительности. У них формируется понимание важности умений и навыков представлять информацию для успешного продолжения образования, в будущей профессиональной деятельности. В целом, можно сказать, что в изучении вопросов представления информации в курсе информатики заложен огромный потенциал для формирования ценностных ориентаций, потребностей, запросов, которые определяют положительные мотивы учебной деятельности.

Рассматривая вопросы представления информации как важную часть содержания современного школьного курса информатики, следует отметить, что согласно сформулированному В.С.Ледневым принципу «двойного вхождения» базисных компонентов в систему образования, вопросы представления информации должны входить в содержание обучения информатике двояко – как в качестве отдельного самостоятельного раздела, так и в качестве «сквозной» линии по отношению ко всему содержанию курса информатики. При этом сквозная содержательная линия «Представление информации» должна быть выстроена так, чтобы она работала на реализацию основополагающей идеи курса информатики «от ИП к ИТ», отражала логику предъявления учебного материала, последовательность введения, развития, закрепления, использования формируемых представлений. Она должна как бы «цементировать» содержание предмета, обеспечивать его единство.

Анализ научно-методических работ показал, что задача отражения вопросов представления информации в содержании курса информатики уже получила в методике обучения информатике определенное решение. Отдельные аспекты этой задачи обсуждались в ряде исследований: предлагается обратить внимание на формирование умений знаково-символической деятельности, в структуре образовательной области «Информатика» выделен отдельный компонент «Представление информации», предпринята попытка его детализировать, разработана методика изучения отдельных разделов курса информатики, в которых предусматривается освоение отдельных видов работ с типовыми (готовыми) формами представления информации и др. Многие эти аспекты отражены в школьных учебниках по информатике, практике обучения, однако в целом пока можно констатировать, что формированию умений представлять информацию уделяется недостаточно внимания. В результате школьники не умеют строить информационные модели, выбирать форму представления информации, определять ее эффективность или неэффективность. Они плохо осознают, что схемы, таблицы, графики, графы и пр. есть различные формы представления информации, испытывают трудности в чтении графиков, в выявлении закономерностей, отраженных в таблицах и пр. Об этом свидетельствуют и результаты международных исследований качества образования (IAEP-II(1991г.), TIMSS(1995г.), PISA(2000г.) и др.), в которых принимали участие российские школьники. Было отмечено, что учащиеся «имеют низкий уровень сформированности общеучебных умений, основными из которых являются умения работать с информацией, представленной в текстах, таблицах, диаграммах или рисунках, а также коммуникативных умений» (Г.С.Ковалева и др.).

Таким образом, встает вопрос, как выстроить систему обучения информатике, одним из главных звеньев которой является изучение вопросов представления информации.

Вторая глава диссертации посвящена рассмотрению нового подхода к изучению линии «Представление информации» в содержании современного школьного курса информатики, описанию возможной организации учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации, анализу экспериментальной проверке построенной методики изучения вопросов представления информации в курсе информатики в 8-9 классах.

В качестве основы идеологии отражения «сквозной» линии «Представление информации» в содержании курса информатики, построенного на основе идеи «от ИП к ИТ», важными являются следующие принципы:

  • единство в представлении информации, рассматриваемое с точки зрения возможности представления любой информации в некоторой универсальной форме (в двоичном представлении);
  • единство в методах и средствах преобразования информации, заключающееся в том, что представление любой сложной двоичной функции может быть сведено к использованию ограниченного набора элементарных операций;
  • построение информационных технологий на основе алгоритмов, обеспечивающих возможность автоматизации обработки информации.

В диссертации подробно рассматривается подход выстраивания содержательной линии «Представление информации» в курсе информатики на основе этих принципов.

При изучении раздела «Информация и информационные процессы» учащиеся должны понять, что информация – это не что иное, как модель окружающего мира, выраженная некоторым языком, а представить информацию – это значит построить информационную модель. Важно понимать, что информация не может существовать вне формы её представления средствами какого-либо языка. В настоящее время существует большое разнообразие форм представления информации (не только текст или устная речь, а и рисунки, фотографии, таблицы, формулы, графики, диаграммы, чертежи, схемы, пиктограммы, карты и т.д.). Со временем используются все новые формы представления информации, например, такие как списки, связанные списки, стек, очередь и др. и этот процесс появления все новых форм представления информации продолжается. Поэтому важно научиться эффективно использовать их для представления информации, без чего не может быть обеспечено высокое качество информационной деятельности.

В разделе «Представление информации» подчеркивается, что форма в представлении информации играет не менее важную роль, чем её содержание. Здесь дается характеристика наиболее часто употребляемых форм представления информации, показываются особенности приемов представления информации в этих формах, формируются умения переходить от одной формы представления информации к другой. Обращается внимание на то, что при решении конкретной задачи выбор формы неслучайный, он определяется целями работы с информацией, при этом разные виды работы с информацией требуют соответствующих форм ее представления. Приводятся примеры выбора эффективной и неэффективной формы представления информации. Поскольку существуют разные формы представления информации, то возникает задача выбора формы наиболее целесообразной (адекватной) потребностям работы с информацией – на этом делается акцент в данном разделе.

Анализируя подходы к выбору наиболее эффективной формы представления информации, следует отметить, что в большинстве случаев предъявляются определенные требования к представлению информации, например, с точки зрения: полноты как достаточности для понимания проблемы и принятия решений; доступности, т.е. информация должна быть выражена на понятном языке; точности в представлении информации; компактности объема, т.е. при условии уменьшения избыточности сообщения; объективности как однозначности понимания; удобства восприятия, например, с точки зрения наглядности; упорядоченности в представлении информации, т.е. ее структурирование; эффективности формы представления информации с точки зрения целей работы с ней; надежности при передаче или хранении информации, т.е. защита от случайных искажений; повышения скорости передачи информации или обработки ее; удобства физической реализации (например, двоичное представление в цифровых устройствах); и пр. Предъявляемые требования к представлению информации, несомненно, сказываются на выборе соответствующей формы ее представления, при этом следует выбирать целесообразную форму представления информации, которая в значительной мере определяет качество решения поставленной задачи. Рассматриваются различные задачи на выбор эффективной формы представления информации.

Учитывая задачи и структуру курса информатики, основанную на идее «от ИП к ИТ», в этом разделе следует обратить особое внимание школьников на двоичную форму представления информации, которое лежит в основе цифровых устройств, широко применяемых уже сейчас в деятельности человека. Необходимо раскрыть преимущества двоичного представления информации, суть которых состоит в следующем:

  • универсальность - фактически любую информацию можно представить в двоичном виде;
  • однозначность понимания - использование языка с алфавитом меньшего количества символов способствует однозначности понимания информации;
  • двоичное представление может как угодно полно отражать информацию об объекте, процессе, явлении;
  • простота операций над двоичными кодами;
  • простота технической реализации – есть сигнал – «1»; нет сигнала – «0»;
  • принципиальная возможность обеспечения высокой надежности при хранении, передаче, обработке информации - двоичное представление определяет качественное различие между сигналами в различных технических устройствах;
  • реализация преобразования информации в двоичном виде может быть сведена к ограниченному набору элементарных операций (конъюнкция, дизъюнкция и отрицание) (более подробно этот аспект рассматривается далее в разделе «Алгоритмизация»).

Как недостаток двоичного представления информации часто указывают длину кодов, но в связи с появлением новейших разработок уплотнения записи информации в цифровой форме, двоичное (цифровое) представление информации рассматривается сегодня как одно из самых оптимальных с точки зрения компактности по объему хранимой информации, по сравнению с аналоговой формой (например, на бумаге и др.). Так, рассмотрев достоинства (возможности) двоичного представления информации, делается обоснованный вывод об универсальности двоичного представления информации.

В следующем разделе «Информационное моделирование» вводится представление об информационных моделях двух основных типов – модели данных и модели деятельности. Обсуждая этапы информационного моделирования, следует особое внимание уделить выбору формы представления модели, т.к. адекватность модели во многом определяется выбором формы ее представления. Можно выделить некие общие рекомендации по выбору формы представления информационной модели, например: если ставится задача, связанная с внешним видом изучаемого объекта, то, скорее всего, целесообразно использовать словесное описание или графическое представление (рисунок, схема и др.); если речь идет о структуре изучаемого объекта, составляющих его элементов, их взаимосвязей – это графы, таблицы и пр.; поведение объекта, изменение его во времени, как реагирует на дополнительные воздействия и т.д. – это график, диаграмма, формула и др.; для представления информации о пространственных соотношениях между объектами возможно целесообразно использовать чертежи; для представления информации об электрических цепях – электрические схемы; для визуализации алгоритмов (наглядного представления) – блок-схемы; математические формулы используются для описания наблюдаемого поведения систем и предсказания их состояния за пределами видимых наблюдений; и т.д. Так, выбор формы представления информационной модели определяется целями моделирования.

В целом в этом разделе отрабатываются умения строить информационные модели на многочисленных примерах, учащиеся учатся выбирать эффективную форму представления модели, оценивать ее на адекватность сущностным характеристикам этой модели, формируется представление о важности умений и навыков строить информационные модели для эффективной организации информационной деятельности в новых условиях современного информационного общества.

Более подробно модели деятельности (алгоритмы) рассматриваются в разделе «Алгоритмизация». Основные свойства алгоритмов (понятность, дискретность, детерминированность, эффективность, результативность, массовость) обсуждаются в тесной связи с требованиями к представлению информации, выбору формы ее представления.

Изучение этого раздела важно с точки зрения формирования у учащихся представлений о том, что принцип единства в представлении информации, как возможности представления любой информации в некоторой универсальной форме (в двоичном представлении), обуславливает другой принцип - единство в методах и средствах преобразования информации. Преобразование информации в двоичном виде рассматривается как реализация двоичных функций, при этом подчеркивается, что любую сложную двоичную функцию можно представить через всего три операции (конъюнкцию, дизъюнкцию и отрицание), описываемых алгеброй логики. Учащимся предлагается на простых примерах в этом убедиться. Это обуславливает возможность построения универсального преобразователя, созданного на основе всего трех базовых логических элементов («И», «ИЛИ», «НЕ», реализующих три основные логические операции (конъюнкция, дизъюнкция и отрицание)), которые в совокупности позволяют осуществить любое преобразование информации.

Эти идеи получают свое развитие в разделе «Компьютер как универсальное средство обработки информации», где компьютер рассматривается как техническая реализация универсального преобразователя информации. Учащиеся должны понимать, что компьютер обрабатывает информацию, представленную в двоичной форме, используются при этом всего три логические операции (конъюнкция, дизъюнкция и отрицание).

Так, постепенно, от раздела к разделу закладываются фундаментальные основы изучения вопросов представления информации. Они являются как бы пропедевтикой для раздела «Информационные технологии», который, как правило, изучается после изучения всех упомянутых выше разделов курса. Понимая информационную технологию как целенаправленную организацию информационных процессов, как совокупность алгоритмов, реализующих ее основные этапы, этот раздел должен начинаться с рассмотрения, обобщения всех ранее сформированных представлений о возможностях и условиях создания таких технологий: единства в представлении информации, единства в методах и средствах ее преобразования, возможности автоматизации исполнения алгоритмов.

Решение специальным образом подобранных практических задач из различных сфер человеческой деятельности с применением конкретных средств информационных технологий рассматривается как закрепление ранее изученного материала, так и как развитие многих формируемых в курсе информатики умений строить информационные модели, выбирать эффективную форму представления информации, адекватную потребностям работы с информацией, представлять информацию в выбранной форме. Подчеркивается, что человек при решении задач заранее продумывает, в какой форме будет представлена информация, а затем ее реализует с помощью соответствующих средств информационных технологий. В целом, при изучении этого раздела показывается широкое применение сформированных умений представлять информацию к решению различных задач из разных областей знания – это универсальные способы деятельности.

Проблема повышения качества освоения учащимися вопросов представления информации требует использования эффективных форм организации учебной деятельности. Конечно, учебную деятельность можно организовать по-разному, однако, согласно результатам многих психолого-педагогических исследований, усвоение школьником учебного материала наиболее эффективно происходит в процессе решения задач. Успешность формирования умений строить модели (представлять информацию) не может быть достигнута без решения соответствующих задач. Для реализации этого вывода по эффективной организации учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации была разработана система задач, включающая четыре их типа:

  1. задачи на формирование умений, навыков владеть конкретными (заданными) формами представления информации;
  2. задачи, показывающие, что на изучаемый объект можно смотреть с разных точек зрения, которые требуют соответствующих форм представления информации;
  3. задачи на выбор наиболее эффективной формы представления информации исходя из потребности оперирования с ней;
  4. более сложные задачи, предусматривающие использование нескольких форм представления информации для достижения целей моделирования.

Решая задачи первого типа, ученики овладевают арсеналом форм представления информации (например, описывают внешний вид изучаемого объекта, представляют графически структуру изучаемого объекта, получают формулу, составляют таблицу и пр.). В задачах второго типа при рассмотрении объекта изучения требуется согласовать возможные цели моделирования с формами представления информации. Задачи третьего типа рассчитаны на то, чтобы при построении информационной модели рассматриваемого объекта, явления, процесса, ученики научились выбирать эффективную форму представления информации. Решение задач четвертого типа (таких как задач на оптимизацию, транспортных задач, выполнение проектов как решение некой относительно масштабной проблемы, др.) предусматривает использование не одной, а нескольких форм представления информации, т.к. в этих задачах требуется изучение объекта, явления с разных сторон, при этом при решении таких задач необходим (чаще всего неоднократный) переход от одной формы представления информации к другой.

В целом, предложенная организация учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации, основанная на решении разработанной системы задач, ориентирована на освоение различных средств представления информации, формирование умений выбирать оптимальную форму представления информации под те задачи, которые стоят перед ним, представлять информацию в выбранной форме, получение результатов, адекватных поставленным целям.

Опытно-экспериментальная работа проводилась в ГОУ Гимназия №1518 г. Москвы, в МОУ «Лицей» городского округа Балашиха Московской области, в МОУ Школа №4 г. Жуковский Московской области в период с 2002/2003 по 2007/2008 уч.гг., в ходе которой апробировалась и была откорректирована методика изучения вопросов представления информации учащимися 8-9 классов на уроках информатики. При проверке эффективности разработанной методики использовались такие методы, как наблюдение за учебной деятельностью школьников 8-9 классов, беседы с учителями и учащимися, постоянный анализ результатов изучения вопросов представления информации. В конце эксперимента были предложены контрольная работа, которая была выдана на неделю на дом, а также итоговый тест по базовому курсу информатики, при этом участвовали 119 учащихся (экспериментальная группа 60 чел., контрольная группа, в качестве которой выступали учащиеся, изучающие в школе информатику по традиционной структуре и методике, – 59 чел.).

В контрольной работе, целью которой было определение у учащихся экспериментальной и контрольной групп уровня сформированности умений создавать информационные модели для решения задач, используя различные формы представления информации, требовалось решить три задачи:

  1. Как можно описать вашу школу?
  2. Описать движение автомобиля и проанализировать с точки зрения возможности создания аварийной ситуации.
  3. Смоделировать траекторию движения раскаченных ранее качелей.

При решении первой задачи учащиеся экспериментальной группы в большинстве, построив более 10 моделей в разных формах, показали, что они умеют рассматривать изучаемый объект с разных сторон, у них достаточно высокий уровень владения различными средствами представления информации, они могли объяснять, почему в конкретном случае эффективна та или иная форма представления информации. Учащиеся контрольной группы в основном описывали школу в словесной форме и представляли фотографии своей родной школы, и только некоторые из них выделяли расписание учебных занятий в виде таблицы, и этим было все ограничено.

При решении второй задачи в экспериментальной группе ученики обсуждали не менее 8 моделей в различных формах, показывали, что они умеют рассуждать о целесообразности выбора той или иной формы представления информации при построении адекватной модели заданной задачи. А ученики контрольной группы ограничивались только общими представлениями об этой ситуации, которые в большинстве своем были выражены в словесной форме.

Третья задача оказалась сложной для многих учеников, при этом в экспериментальной группе в основном с ней справились, ими предлагались модели в виде схематичного отражения траектории движения раскаченных качелей, в виде последовательности отдельных слайдов (фотографий), анимации (как фильм), таблицы снятых экспериментальных данных, построенного по ним графика, полученной формулы как линии тренда. Отдельные ученики экспериментальной группы отмечали известную из физики теорию затухающих колебаний, соответствующие уравнение и графическую зависимость, они указывали, что эта модель является общей для многих задач этого класса (движение дверей, раскрывающихся в обе стороны; качание раскаченной лодки в стоячей воде; изучение поведения других объектов, движение которых описывается, как движение маятника, совершающего затухающие колебания).

В целом, оценивая результаты контрольной работы, мы опирались на широко принятые в педагогической практике уровни сформированности умений - высокий, средний и низкий. Результаты сопоставительного анализа итогов контрольной работы отображены в таблице и на диаграмме:

Группы учащихся Количество учащихся Уровень сформированности умений представлять информацию
Высокий Средний Низкий
чел. % чел. % чел. %
ЭГ 60 30 50% 26 43,33% 4 6,67%
КГ 59 16 27,12% 20 33,9% 23 38,98%

Обобщенные данные результатов выполнения контрольной работы свидетельствуют об успешности изучения вопросов представления информации учащимися экспериментальной группы, они показали лучшие результаты владения различными формами представления информации, умений строить информационные модели, выбирать при этом эффективную форму представления информации, чем ученики контрольной группы.

Кроме того, для оценки результативности процесса обучения информатике по разработанному нами подходу к построению курса информатики был предложен в экспериментальной и контрольной группе итоговый тест по базовому курсу информатики. Качественный анализ результатов выполнения итогового теста, а также наблюдения за ходом образовательного процесса, индивидуальные беседы с учителями и учащимися (как экспериментальной, так и контрольной группы) позволили сделать вывод о характере овладения учащимися понятийным аппаратом информатики, логичности в рассуждениях, об уровне сформированности умений и навыков эффективной организации информационной деятельности и др. В целом, можно сказать, что учащиеся экспериментальной группы показали достаточно высокий уровень системности сформированных представлений, в отличие от учеников контрольной группы, которые во многом неправильно трактуют суть основных понятий информатики, не понимают логики развертывания содержания курса информатики, не видят внутрипредметных связей. Все это явилось основанием для вывода об эффективности разработанного нами подхода построения системы обучения информатике.

Следует отметить также, что в ходе эксперимента было выявлено повышение мотивации учебной деятельности учащихся экспериментальной группы. Они проявляли повышенный интерес к решению предлагаемых задач. На заключительном этапе эксперимента ученикам было предложено по желанию выполнить свои учебно-исследовательские проекты, ориентированные на закрепление умений представлять информацию в разных формах. Фактически все ученики экспериментальной группы с удовольствием согласились на эту работу, например, были выполнены такие проекты как презентации в PowerPoint: «Проблемы Черного и Азовского морей», «Керамическая мозаика - безотходное производство» и др. В целом, выполняемые учениками экспериментальной группы проекты представляли собой решение многих проблем из различных сфер деятельности человека. Они успешно представляли результаты своей работы на школьной конференции, активно обсуждали выступление каждого участника, вносили свои предложения для решения той или иной проблемы, подчеркивалось значение выбора формы представления информации, на сколько выбор ее определяет качество решения поставленной задачи. Все это являлось подтверждением того, что способы представления информации универсальны при изучении объектов, явлений из различных областей деятельности человека, что эти умения являются важнейшими для каждого человека в современных условиях информационного общества.

Положительные отзывы предлагаемой методики изучения вопросов представления информации в курсе информатики были получены не только от учителей информатики и учеников, но и от их родителей. Кроме того, учителя различных предметов отметили, что у учащихся экспериментальной группы улучшились показатели учебной деятельности по многим школьным предметам. Это позволило высказать предположение о росте их познавательной активности, интеллектуального развития и др.

Таким образом, результаты педагогического эксперимента подтвердили эффективность разработанной методики изучения представления информации в школьном курсе информатики, в том числе системы специально отобранных задач, необходимых при изучении вопросов представления информации, их доступность, а также целесообразность предлагаемых методических рекомендаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выявлено, что в условиях перехода к новой идеологии построения полноценного общеобразовательного курса информатики, обеспечения фундаментальности, системности, функциональной полноты содержания школьного образования по информатике усиливается роль изучения вопросов представления информации в школьном курсе информатики. Показано, что изучение вопросов представления информации обеспечивает достижение новых образовательных результатов (личностных, метапредметных, предметных), соответствующих актуальным и перспективным образовательным потребностям личности, общества, государства.

2. Подчеркнуто важное значение выделенного В.С.Ледневым принципа «двойного вхождения», согласно которому всякий базисный компонент включается в систему образования двояко – должен рассматриваться как объект изучения, так и задавать аспект изучения по отношению ко всему содержанию обучения. Следуя указанному принципу, обоснован подход включения вопросов представления информации в содержание обучения информатике двояко – как в качестве отдельного самостоятельного раздела, так и в качестве «сквозной» линии по отношению ко всему содержанию курса информатики.

3. Предложен и обоснован новый подход отражения «сквозной» линии «Представление информации» в содержании современного курса информатики, построенного на основе идеи раскрытия условий перехода от информационных процессов к искусственным, созданным человеком информационным технологиям. Основополагающую роль в этом подходе играют следующие выделенные принципы: единство в представлении информации, рассматриваемое с точки зрения возможности представления любой информации в некоторой универсальной форме; единство в методах и средствах преобразования информации, заключающееся в том, что представление любой сложной двоичной функции может быть сведено к использованию ограниченного набора элементарных операций; построение информационных технологий на основе алгоритмов, обеспечивающих возможность автоматизации обработки информации. Показано, как конкретно реализуется этот подход в содержании обучения информатике в 8-9 классах.

4. Определена как наиболее эффективная форма организации учебной деятельности школьников по освоению вопросов представления информации – решение задач. Предложена система специальным образом подобранных задач для учащихся 8-9 классов, включающая 4 типа задач: на формирование умений, навыков владеть конкретными (заданными) формами представления информации; показывающие, что на изучаемый объект можно смотреть с разных точек зрения, которые требуют соответствующих форм представления информации; на выбор наиболее эффективной формы представления информации исходя из потребности оперирования с ней; более сложные задачи, предусматривающие использование нескольких форм представления информации для достижения целей моделирования. Разработаны методические рекомендации по организации учебной деятельности школьников 8-9 классов по освоению вопросов представления информации на основе решения созданной системы задач.

5. Экспериментально подтверждена эффективность разработанной методики изучения вопросов представления информации в школьном курсе информатики, показано, что предложенная методика способствует эффективности овладения различными формами представления информации, умений строить информационные модели, выбирать при этом эффективную форму представления информации; повышению качества усвоения учебного материала курса информатики; положительным изменениям в мотивации учебной деятельности школьников в целом.

Основные положения исследования опубликованы в следующих работах:

  1. Кузнецов, А.А. Изучение ИКТ в курсе информатики: методические проблемы и пути их решения [Текст] / А.А.Кузнецов, А.С.Захаров, Т.Н.Суворова // Информатика и образование. - 2007. - №12. – С.3-9.
  2. Коротенков, Ю.Г. Изучение социальной информатики в системе дополнительного образования [Текст] / Ю.Г.Коротенков, А.С.Захаров // Дополнительное образование. – 2006. - №1. – С.21-26.
  3. Коротенков, Ю.Г. Реализация межпредметных связей в информационной подготовке [Текст] / Ю.Г.Коротенков, А.С.Захаров // Педагогическая информатика. - 2006. - №2. – С.17- 21.
  4. Захаров, А.С. Информационная подготовка специалистов в современных условиях [Текст] / А.С.Захаров // Сборник статей международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы подготовки специалистов для сферы сервиса». 30-31 октября 2003 г. / Под общ.ред.Н.А.Гулиева. – Омск, 2003. – С.123-124.
  5. Захаров, А.С. О внутрипредметных связях курса информатики [Текст] / А.С.Захаров // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации образования: региональный аспект». Отв. ред. Н.В.Софронова. 22-24 апреля 2004 г. – Чебоксары, 2004 г. – С.130-131.
  6. Захаров, А.С. Об изучении информатики и информационных технологий в системе непрерывного образования [Текст] / А.С.Захаров // Сборник материалов научно-практической конференции молодых ученых «Инновации в образовании». – М.: Институт содержания и методов обучения РАО, 2004. – С.95-96.
  7. Захаров, А.С. Реализация мировоззренческой функции курса информатики [Текст] / А.С.Захаров // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании», г. Калининград, 11-15 мая 2004 г. – М.: Институт информатизации образования РАО. Ученые записки, Выпуск 13, 2004. – С.128-131.
  8. Захаров, А.С. Изучение элективного курса информатики «Системный анализ в современных технологиях» [Текст] / А.С.Захаров // Ученые записки Института информатизации образования РАО, Выпуск 17. / Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании», г. Москва, 16-17 мая 2005 г. – М.: Институт информатизации образования РАО. - 2005.– С.133-136.
  9. Захаров, А.С. Изучение основ системного анализа [Текст] / А.С.Захаров // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Информатика и информатизация образования». – М., 2005. - №1(4) – С.74-80.
  10. Захаров, А.С. О некоторых методических подходах повышения мотивации к учению на уроках информатики [Текст] / А.С.Захаров // Сборник материалов научно-практической конференции молодых ученых «Совместная работа аспиранта и учителя по формированию мотивации учения у школьников». – М.: Институт содержания и методов обучения РАО, 2005. – С.57-61.
  11. Захаров, А.С. Изучение систем искусственного интеллекта в курсе информатики [Текст] / А.С.Захаров // Ученые записки Института информатизации образования РАО, Выпуск 19. - М.: Институт информатизации образования РАО. - 2006. – С. 107-114.
  12. Захаров, А.С. Значение изучения вопросов представления информации в курсе информатики [Текст] / А.С.Захаров // Сборник материалов научно-практической конференции молодых ученых «Контроль знаний и умений как основа повышения качества образования». – М.: Институт содержания и методов обучения РАО, 2007. – С.67-70.
  13. Захаров, А.С. Особенности изучения вопросов представления информации в курсе информатики [Текст] / А.С.Захаров // Сборник материалов научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы предпрофильного и профильного обучения школьников». – М.: Институт содержания и методов обучения РАО, 2008. – С.115-119.
  14. Захаров, А.С. Развитие образования в условиях информатизации [Текст] / А.С.Захаров // Математика и информатика: наука и образование: Межвузовский сборник научных трудов. Ежегодник. Выпуск 7. – Омск: Изд-во ОмГПУ, 2008. – С.304-309.

Издательство Института содержания и методов обучения РАО

Москва, 103062, ул.Макаренко, д.5/16. Тираж 100 экз.



 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.